真空熱處理爐傳熱的三維數(shù)值模擬

 　　真空熱處理爐傳熱的三維數(shù)值模擬

　　為了分析真空熱處理爐內(nèi)加熱工件的溫度場,將包括工件在內(nèi)的整個真空熱處理爐作為模擬對象建立了一個三維的數(shù)值模型。該模型集成了一個控制爐溫的PID模塊,并且考慮了熱物性參數(shù)的非線性因素。基于一商業(yè)軟件,對工件、真空熱處理爐的隔熱層、加熱管等的瞬態(tài)傳熱過程進行了數(shù)值模擬,并與實測值進行了對比,兩者基本吻合。最后,根據(jù)模擬結(jié)果提出了優(yōu)化的加熱工藝參數(shù)。

　　真空熱處理爐內(nèi)的傳熱以輻射為主,在加熱過程中爐膛比工件的升溫速度快得多,故存在加熱滯后現(xiàn)象。此外,由于工件之間相互遮蔽,形成加熱器無法直接輻射到的暗輻射區(qū),從而導(dǎo)致工件加熱不均勻并產(chǎn)生溫差。因此,為避免工件產(chǎn)生加熱畸變,同時又不致因為加熱速度太慢而引起晶粒長大和成本增加,需要研究真空爐內(nèi)的傳熱規(guī)律,制定合適的加熱工藝。常規(guī)用于確定加熱工藝參數(shù)的實測法成本高、周期長。近年來,計算機模擬技術(shù)開始用于熱處理加熱過程的研究,但采用的多是兩維模型、工件簡單,而且忽略了爐子和工件內(nèi)的溫度梯度。本文將工件和真空熱處理爐作為一個整體來研究,基于一商業(yè)的CFD軟件建立了一種三維真空熱處理爐瞬態(tài)溫度場的數(shù)值模型,該模型集成PID模塊的三維真空熱處理爐數(shù)值模型,考慮了熱物性參數(shù)的非線性因素,對工件加熱過程中的瞬態(tài)溫度場進行了模擬,并根據(jù)模擬結(jié)果對工藝進行了優(yōu)化。該模型可為真空熱處理的生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

　　建立了一種包涵PID控溫模塊的三維的真空熱處理爐瞬態(tài)傳熱的數(shù)值模型,利用該模型對真空熱處理爐內(nèi)棒形工件的真空加熱過程進行了數(shù)值模擬分析,根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果提出了加熱工藝的改進意見。結(jié)果表明,對裝爐量不是很大且有序放置的小工件進行真空熱處理時,可以采用快速加熱工藝而不會引起工件的熱畸變,這樣可減少加熱時間,降低成本。對比了模擬值與實測值,表明二者吻合得較好。該模型可為真空熱處理的傳熱研究提供了一種有效的方法,并為真空熱處理的生產(chǎn)提供參考依據(jù)。